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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Module de mesure et de protection de l'alimentation. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations Le module proposé peut être utilisé conjointement avec des alimentations de laboratoire pour protéger leur charge contre une tension et un courant dépassant les limites établies. Des descriptions de tels dispositifs ont été publiées à plusieurs reprises, un exemple serait l'article « Dispositif de protection numérique avancé avec fonction de mesure » (Radio, 2007, n° 7, pp. 26-28, auteur N. Zaets), qui décrit un dispositif destiné à un usage similaire sur un microcontrôleur PIC16F873 avec indicateur LED à deux chiffres et sept éléments. En revanche, le module proposé est construit sur un microcontrôleur ATmega8535L-8PU et un LCD contenant quatre lignes de 16 caractères. Au départ, j'avais l'intention d'utiliser l'entrée différentielle d'un microcontrôleur ADC avec un préamplificateur intégré pour mesurer le courant. Cependant, les tests ont révélé l’instabilité d’une telle mesure. L'utilisation d'un ampli-op dans une unité de mesure de courant est également considérée comme inappropriée pour la même raison. Une option de compromis a été choisie pour mesurer le courant à l'aide de deux canaux ADC avec une résistance relativement élevée des résistances du capteur de courant. Le premier canal, utilisant un capteur de courant avec une résistance de 0,5 Ohm, mesure le courant jusqu'à 1 A avec une résolution de 10 mA. Le deuxième canal est capable de mesurer un courant jusqu'à 5 A avec une résolution de 0,1 A à l'aide d'un capteur de courant avec une résistance de 0,05 Ohm. L'appareil mesure la tension par incréments de 0,1 V. Le temps de réponse de la protection dépend principalement de la fréquence d'horloge de l'ADC (125 kHz). La durée calculée et confirmée de la conversion analogique-numérique à l'aide d'un oscilloscope est de 110 μs. Le microcontrôleur passe 220 μs plus la durée totale d'exécution des commandes de commutation pour mesurer à la fois la tension et le courant. Avec une fréquence d'horloge du microcontrôleur de 8 MHz, ils sont exécutés en 3,7 μs. Les procédures d'affichage des informations sur l'indicateur peuvent contribuer à augmenter le temps de réponse de la protection. Le programme y accède toutes les 0,28 s (définies par la constante TimeDisp). Il faut 4 ms pour produire des informations (mesurées par un oscilloscope). Le temps est compté par deux compteurs, le premier est incrémenté par le programme à chaque cycle de mesure, et le second compte les dépassements du premier. Lorsque le contenu du deuxième compteur atteint la valeur de la constante ci-dessus, des informations sont transmises à l'indicateur. La probabilité qu'un événement d'urgence se produise pendant la période de maintenance de l'indicateur diminue à mesure que la période d'appels à l'indicateur augmente. Si un délai de réponse minimum est requis, le programme ne doit pas avoir accès à l'indicateur. Ce mode est fourni. L'appareil est contrôlé à l'aide de sept boutons, d'un interrupteur et d'un encodeur avec un bouton. L'utilisation d'un encodeur simplifie la saisie des informations dans le microcontrôleur. L'indicateur à 64 positions augmente considérablement la capacité d'informer l'utilisateur sur l'état de l'appareil. Le volume relativement important du programme est dû à la présence de nombreux textes de messages affichés sur l'indicateur. En plus de l'affichage d'informations visuelles, il y a également une alarme sonore lorsque la protection se déclenche. Deux versions du programme sont jointes à l'article. Le premier (texte source Modul-P&M4.asm, fichier de démarrage Modul-P&M4.hex) ne prévoit pas la sauvegarde des valeurs définies des seuils de protection dans la mémoire non volatile du microcontrôleur. Après avoir mis sous tension ou forcé le microcontrôleur à son état initial, ce programme écrira les valeurs maximales autorisées dans les registres de comparaison. Dans la deuxième version du programme (texte source Modul-P&M-EP.asm, fichier de démarrage Modul-P&M-EP.hex), les valeurs de seuil définies sont enregistrées dans l'EEPROM lors de la mise hors tension. La prochaine fois que vous l'allumerez, le programme les restaurera. Le schéma du module est présenté sur la Fig. 1. Le premier canal de mesure de courant est formé par les résistances de capteur de courant R12, R14, la résistance d'ajustement R16 et l'entrée ADC asymétrique ADC1, le deuxième canal de mesure de courant est formé par les résistances R11, R13, la résistance d'ajustement R15 et l'entrée ADC asymétrique ADC3. La charge du premier canal est connectée entre la borne positive de la source protégée et la borne « -iv », et le deuxième canal - entre la même borne source et la borne « -iv.2 ». Une partie de la tension source de la borne «+U», via un diviseur de tension formé par une résistance constante R18 et une résistance d'ajustement R17, est fournie pour mesure à l'entrée asymétrique de l'ADC ADC4.
Les résistances ajustables R15-R17 sont utilisées lors de la configuration des lectures de tension et de courant sur l'indicateur HG1 conformément aux instruments standard. Chacun des commutateurs à transistor, qui déconnecte si nécessaire la charge et la source commandée, est constitué d'un puissant transistor à effet de champ et d'un transistor bipolaire qui le contrôle. Des transistors à effet de champ avec une tension de seuil de 2...5 V peuvent être utilisés ici. Un bref clignotement de la LED HL1 lors de la mise sous tension (réglée à son état initial) est dû au fait qu'après cela, les broches du microcontrôleur sont dans un état de haute impédance pendant un certain temps. En conséquence, une impulsion de courant circule à travers le circuit puissance plus - LED HL1 - résistances R2, R7 - jonction émetteur VT4 - diode VD3 - fil commun (pour canal 1). Pour une raison similaire, la LED HL2 clignote. Lorsque le module est en fonctionnement, simultanément à l'allumage du canal, la LED correspondante s'allume : canal 1 - HL1, canal 2 - HL2. Pour régler les seuils de protection en courant et en tension, l'encodeur S1 est utilisé. Une alarme sonore pour la protection contre la tension ou le courant est fournie. A cet effet, une unité composée d'un amplificateur sur un transistor VT5 et d'un émetteur de son électromagnétique HA1 est utilisée. LCD HG1 fonctionne avec un bus de données de huit bits formé par les lignes du port B du microcontrôleur. Sur son écran, le programme affiche des informations sur les valeurs mesurées de tension et de courant, ainsi que sur les modes de fonctionnement de l'appareil. Après avoir mis sous tension ou remis le microcontrôleur à son état initial, le module passe en mode veille. Les deux canaux sont fermés, les mesures de tension et de courant ne sont pas effectuées. Connectez la source de tension réglable aux bornes "+U" et "-иж", et la charge aux bornes "+U" et "-уж1". Après avoir sélectionné le premier canal en appuyant sur le bouton SB3, utilisez les résistances d'ajustement R16 et R17 pour vous assurer que les lectures du module correspondent à celles de l'ampèremètre et du voltmètre de référence. En appuyant sur le bouton SB2, revenez en mode veille. Connectez ensuite la charge au canal 2 (bornes « +U » et « -iv.2 »), sélectionnez le deuxième canal en appuyant sur le bouton SB4 et en utilisant la résistance d'ajustement R15 jusqu'à ce que les lectures de l'écran LCD et de l'ampèremètre de référence correspondent. En appuyant sur le bouton encodeur, sélectionnez-le pour régler les seuils de protection en tension et en courant. En tournant l'encodeur, définissez le seuil de courant requis dans l'un des canaux et en appuyant sur le bouton SB6 (canal 1) ou SB7 (canal 2), écrivez cette valeur dans le registre de comparaison du microcontrôleur. Le programme interdit de régler le seuil de protection dans le canal 1 au-dessus de 1 A, et si vous essayez de le faire, il affiche un avertissement correspondant sur l'écran LCD. Un appui sur le bouton SB5 écrit le seuil de protection contre les surtensions dans le registre de comparaison. Après avoir enregistré tous les seuils, appuyez sur le bouton SB2 pour remettre le module en mode veille. Vérifier le fonctionnement de la protection en dépassant les seuils établis de tension et de courant. Lorsqu'il est déclenché, un signal sonore retentit et des informations sur ce qui s'est passé s'affichent sur l'écran LCD. En même temps, la LED du canal dans lequel le déclenchement s'est produit s'éteindra. Une fois la protection déclenchée, deux options pour d'autres actions sont possibles : en appuyant sur le bouton SB2, revenez en mode veille, ou en appuyant sur le bouton encodeur, entrez dans le mode de réglage du seuil. Dans le deuxième cas, les valeurs actuelles des registres de comparaison seront copiées dans les registres utilisés dans la routine de maintenance du codeur, ce qui accélérera la définition de nouvelles valeurs. En mode de fonctionnement du module, en appuyant sur les boutons SB5-SB7, vous pouvez écrire dans les registres de comparaison les valeurs actuelles de la tension ou du courant du canal allumé, augmentées de deux unités du chiffre le moins significatif. Activez la protection haute vitesse avec l'interrupteur SA1, après avoir préalablement défini les valeurs requises de tension, de courant et de seuils. Les informations pertinentes sont affichées sur l'écran LCD. Le circuit imprimé du module est représenté sur la Fig. 2, la disposition des éléments dessus est celle de la Fig. 3. Toutes les plages de contact pour connecter les boutons, l'encodeur, les LED, l'écran LCD et l'alimentation sont situées au pas de 2,54 mm sur les bords de la carte. Si vous le souhaitez, vous pouvez connecter des composants externes et l'alimentation via des connecteurs multibroches. En raison de la consommation de courant importante (jusqu'à 220 mA), le rétroéclairage de l'indicateur est alimenté directement à partir de l'alimentation via le commutateur SA2. Il est préférable de placer la résistance de réglage du contraste R20 sur l'une des parois du boîtier. Les sections de conducteurs imprimés à travers lesquelles circule le courant de charge du deuxième canal doivent être renforcées par des fils à souder d'un diamètre de 1 mm au-dessus d'eux.
Il y a suffisamment d'espace sur la carte pour installer, si nécessaire, des dissipateurs thermiques pour les transistors VT1 et VT2. Le microcontrôleur ATmega8535L-8PU peut être remplacé par un ATmega8535-16PU ou un de la même famille avec index PI, et l'écran LCD DV-16400S1F-BLY-H/R par un WH-1604A-YGH-CT ou un autre quatre lignes russifié avec un contrôleur compatible avec KS0066U. Au lieu de l'émetteur sonore électromagnétique HC0905F, le HCM1212A convient. Les diodes GS1A (VD2 et VD3) indiquées sur le schéma sont des analogues des diodes 1N4001 en version montage en surface. Les résistances ajustables R15-R17 sont des 3266W importés multitours avec une résistance de 100 à 500 Ohms (R15, R16) et d'au moins 500 Ohms (R17). Il est possible de remplacer les résistances d'ajustement par des diviseurs constitués de deux résistances constantes, sélectionnées lors de la mise en service. Résistances R12, R14 - MOH-0,5, qui peuvent être remplacées par du CF-50 ou du CF-100 importé. Résistances R11, R13 - SQP d'une puissance de 3 W. La limitation du courant mesuré à 5 A est due au fait que ces résistances chauffent trop à des courants plus élevés. En les remplaçant par des plus puissants, par exemple le fil KNP-500 ou KNP-600, vous pouvez mesurer un courant jusqu'à 9,9 A sans modifier le programme. Pour alimenter le module, l'auteur a utilisé un transformateur d'alimentation provenant du lecteur vidéo. La tension +12 V est supprimée de l'entrée du stabilisateur de tension intégré +5 V. Le module est assemblé dans un boîtier à partir d'une alimentation informatique de 300 W. Tout l'ancien contenu du boîtier a été retiré, la paroi arrière a été découpée. Ses restes forment un cadre sur lequel est fixé un nouveau panneau avant en plastique du module à l'aide de vis M3. Sa vue du côté de ce panneau est représentée sur la Fig. 4.
Le programme du microcontrôleur a été créé dans l'environnement de développement AVR Studio 4. La configuration du microcontrôleur ATmega8535L pour fonctionner avec un oscillateur RC interne à une fréquence de 8 MHz doit correspondre au tableau. Таблица
J'utilise une alimentation régulée fabriquée dans les années 80, et il existe des cas de surchauffe du transistor de régulation P210 avec une augmentation ultérieure de la tension de sortie. Cela s'est également produit lors de la collaboration avec le module de sécurité décrit. Le module a fonctionné comme prévu, a coupé la tension, a émis des signaux sonores et lumineux et a affiché les informations pertinentes sur l'écran LCD. Les programmes du microcontrôleur peuvent être téléchargés à partir de ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/10/modul.zip. Auteur : N. Salimov
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Commentaires sur l'article : jury Est-il possible d'obtenir le firmware de l'écran LCD en anglais. Je ne peux pas trouver ou acheter avec le russe.
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